1.3. Oddziaływanie grawitacyjne między elementarnymi cząstkami materii i przestrzeni, pęd i energia przekazywane przez grawiton

Obecność jednego ciała materialnego w przestrzeni fizycznej (próżni) powoduje, że na inne ciało materialne działa siła grawitacyjna. Nie oznacza to jednak, że oddziaływanie grawitacyjne zachodzi między ciałami materialnymi. Jest to widoczne w OTW. Na ruch ciała wpływa zakrzywienie czasoprzestrzeni, które może być wywołane przez obecność w przestrzeni materii, a nie oddziaływanie między ciałami. Obecność ciała materialnego w pobliżu ciała powoduje jedynie zmianę oddziaływania czasoprzestrzeni na ciało , w stosunku do oddziaływania czasoprzestrzeni bez obecności ciała .

Brak jednak wyjaśnienia, dlaczego materialne ciało zakrzywia czasoprzestrzeń (oddziałuje na przestrzeń i czas) i w jaki sposób czasoprzestrzeń oddziałuje na drugie ciało.

Założenie 2.

Elementarna cząstka materii oraz przestrzeni jest kulą, o bardzo małym promieniu, która ma, między innymi, następujące właściwości: energię wewnętrzną, energią kinetyczną i pęd.

Między cząstkami elementarnymi występuje oddziaływanie grawitacyjne, polegające na przekazywaniu z jednej cząstki elementarnej do drugiej cząstki elementarnej pewnego pędu i energii za pośrednictwem cząsteczki – grawitonu. Oddziaływanie grawitacyjne zachodzi między parą cząstek materii lub parą cząstek przestrzeni lub między cząstką materii i cząstką przestrzeni, w losowo wybranych chwilach czasu

Rys. 1.3.1.

Cząstki materii mogą oddziaływać ze sobą bezpośrednio podczas zderzeń. Podobnie mogą oddziaływać ze sobą cząstki przestrzeni. Natomiast cząstki materii i przestrzeni nie oddziałują bezpośrednio ze sobą, mogą oddziaływać jedynie za pomocą grawitonów.

Elementarne cząstki materii oraz przestrzeni emitują grawitony wirtualne, poruszające się z prędkością światła , które mogą być absorbowane przez inne elementarne cząstki materii lub przestrzeni. Od chwili emisji grawitonu wirtualnego przez cząstkę do chwili jego absorpcji przez inną cząstkę jego energia i pęd są nieokreślone. W tym czasie pęd i energia cząstki, która wyemitowała ten grawiton, pozostają niezmienione. Cząstka i wirtualny grawiton pozostają w stanie splątania kwantowego pędu i energii. Grawiton wirtualny nie jest samodzielną cząstką, istnieje tylko w powiązaniu z cząstką materii lub przestrzeni, która go wyemitowała. Grawiton oddziałuje z cząstką, jeżeli przekazuje jej pęd i energię. Jeżeli wirtualny grawiton jest absorbowany przez cząstkę , to dla obserwatora związanego z cząstką , grawiton staje się rzeczywisty i jego pęd oraz energia zostają ustalone i momentalnie przekazane tej cząstce.

Ustalenie pędu i energii grawitonu podczas jego absorpcji przez cząstkę , znajdującej się w punkcie , wpływa natychmiast na zmianę pędu i energii cząstki, znajdującej się w punkcie , niezależnie od dzielącej te cząstki odległości. W wyniku absorpcji grawitonu przez cząstkę , cząstce jest przekazany pęd i energia , według obserwatora znajdującego się blisko cząstki .

Oddziaływanie między cząstkami za pośrednictwem grawitonu jest nielokalne.

Jeżeli w chwili absorpcji grawitonu cząstka znajduje się w punkcie i cząstka w punkcie , to dla obserwatora , grawiton rzeczywisty uzyskuje pęd i energię określone wzorami

i

.

 

jest stałą Plancka i jest prędkością światła.

Rys. 1.3.2.

Pęd grawitonu rzeczywistego ma zwrot zgodny ze zwrotem wektora . Cząstce jest przekazany pęd skierowany przeciwnie do pędu, jaki został przekazany do cząstki i z cząstki jest pobrana energia, jaką uzyskała cząstka za pośrednictwem grawitonu.

Zmiana pędu i energii cząstki jest skokowa. Cząstka absorbuje i em­ituje grawitony tylko podczas spoczynku w ukła­dzie . Podczas skoku z jednego miejsca do drugiego cząstka nie oddziałuje z grawitonami i jej położenie jest nieokreślone. Wartość przekazanego pędu i energii nie zależy od prędkości cząstek i , zależy jedynie od położenia punktów i .

Jeżeli w wyniku oddziaływania cząstki z grawitonami zmieni się jej pęd i energia, to odpowiednio zmieni się długość skoku, czas między jednym a drugim skokiem i wektor jej skoku.

Cząstka może być zarówno cząstką materii lub cząstką przestrzeni, również cząstką materii lub cząstką przestrzeni.

Jeżeli odległość między cząstkami i jest mniejsza od , to każdy wirtualny grawiton wyemitowany przez cząstką , który znajdzie się na powierzchni cząstki , nie jest absorbowany przez cząstkę i przestaje istnieć.

Jeżeli odległość między cząstkami i jest większa lub równa od odległości , to grawiton wirtualny wyemitowany przez cząstkę , który znajdzie się na powierzchni cząstki , zostaje zaabsorbowany przez cząstkę (zostaną przekazane pęd i energia z cząstki do ) lub przestaje istnieć, w zależności od stanu energii wewnętrznej cząstki .

 

Energia przekazana przez grawiton i odpowiednio pęd .

 

Oddziaływanie grawitacyjne może wystąpić między dwiema dowolnymi cząstkami materii lub przestrzeni znajdującymi się we Wszechświecie, których odległość jest większa od .

Ilość grawitonów absorbowanych przez elementarną cząstkę materii lub przestrzeni, w jednostce czasu, w ustalonych warunkach jest stała. Między ilością grawitonów emitowanych i absorbowanych przez cząstkę występuje równowaga. Energia przekazana cząstce, w czasie , przez grawitony przez nią absorbowane jest równa energii uniesionej z tej cząstki przez grawitony przez nią emitowane, w tym samym czasie.

Elementarne cząstki materii, jak również elementarne cząstki przestrzeni, emitują grawitony równomiernie w każdym kierunku. Natomiast ilości grawitonów absorbowanych, przez cząstkę materii lub przestrzeni, mogą być inne z różnych kierunków.

Elementarne cząstki emitują grawitony od chwili, gdy Wszechświat miał jeszcze niewielkie rozmiary. Każda elementarna cząstka jest otoczona przez ogromną ilość wirtualnych grawitonów z nią związanych, znajdujących się w różnych odległościach od tej cząstki, nieustannie emitowanych i oddalających się od niej z prędkością światła. Dlatego w obecnym czasie z elementarnymi cząstkami Ziemi mogą oddziaływać grawitony powiązane z elementarnymi cząstkami materii i przestrzeni znajdującymi się nawet na krańcach Wszechświata.

W każdej chwili swojego istnienia Wszechświat rozszerza się z prędkością mniejszą od prędkości światła.

Oddziaływanie grawitacyjne między cząstkami elementarnymi nie zależy od ich wzajemnej prędkości, ponieważ podczas tego oddziaływania pozostają względem siebie w spoczynku, ze względu na skokowy charakter ich ruchu.

Grawiton wirtualny porusza się z prędkością światła. „Dla grawitonu” chwila jego emisji z cząstki jest równocześnie chwilą jego absorpcji przez cząstkę i „dla niego” odległość między cząstkami jest równa zero. Dlatego w chwili jego emisji jest równocześnie ustalony pęd przekazany do cząstki jak również energia pobrana z tej cząstki. Równocześnie w tej samej chwili „według grawitonu” są przekazane do cząstki odpowiedni pęd i odpowiednia energia.

Dla dowolnego ustalonego obserwatora grawiton wirtualny od chwili jego emisji do chwili jego absorpcji może poruszać się miliardy lat, ale dla grawitonu chwile jego emisji i absorpcji są identyczne, niezależnie od odległości między cząstkami i .

Obserwator znajdujący się blisko elementarnej cząstki może stwierdzić (przynajmniej teoretycznie), że w pewnej chwili nastąpiła zmiana pędu i energii tej cząstki. Stąd może wyciągnąć wniosek, że nastąpiła emisja lub absorpcja grawitonu przez cząstkę, odpowiednio do zmiany energii cząstki. W zależności od zmiany wektora pędu cząstki mógłby określić kierunek ruchu grawitonu i odległość między punktem jego emisji i absorpcji.

W praktyce takie obserwacje są niewykonalne ze względu na ogromną liczbę oddziaływań cząstki z grawitonami w czasie jednej sekundy i znikome wartości pędu i energii przekazywane do cząstki przez grawiton. Można jedynie obserwować sumaryczną zmianę pędu i energii cząstki, w pewnym przedziale czasu, w wyniku jej oddziaływania z innymi cząstkami, za pośrednictwem grawitonów.

Zamiast mówić: w chwili absorpcji grawitonu przez cząstkę , grawiton uzyskuje pewien pęd i energię, które momentalnie przekazuje cząstce ; możemy powiedzieć: w chwili absorpcji grawitonu przez cząstkę , z cząstki są przekazane pewien pęd i pewna energia do cząstki . Grawiton tworzy między cząstkami i kanał, przez który z cząstki są przekazywane pęd i energia do cząstki .

Rys. 1.3.3.

Jeżeli grawiton został wyemitowany z cząstki i zaabsorbowany przez cząstkę , to przekazuje do cząstki pęd i energię . Dla cząstki nastąpi zmiana pędu o wektor i zmiana energii o , natomiast dla cząstki zmiana pędu jest równa i zmiana energii .

Rys. 1.3.4.

Jeżeli grawiton został wyemitowany z cząstki i zaabsorbowany przez cząstkę , to przekazuje do cząstki pęd i energię . Dla cząstki zmiana pędu i zmiana energii , natomiast dla cząstki zmiana pędu i zmiana energii .

W obydwu przypadkach zmiana pędu dla cząstki jest taka sama. Podobnie jest dla cząstki . Natomiast energia jest przeniesiona z cząstki emitującej grawiton do cząstki absorbującej ten grawiton. W wyniku tego oddziaływania na te cząstki działają siły wzajemnego odpychania.

Oddziaływanie cząstek i , za pośrednictwem grawitonu, zmienia pędy i energie tych cząstek tak, że i . Wektor ma zwrot zgodny ze zwrotem wektora , wektor ma zwrot zgodny ze zwrotem wektora . Zmiana pędu układu cząstek i jest wektorem zerowym, zmiana energii tego układu jest równa zero.

Wymiana grawitonów między cząstkami materii oraz przestrzeni nie zmienia całkowitego pędu i całkowitej energii Wszechświata.

Iloczyn energii przekazywanej przez grawiton i czasu potrzebnego na przebycie grawitonu między cząstkami jest równy

 

.

 

Grawiton w chwili oddziaływania z cząstkami elementarnymi przekazuje z jednej cząstki do drugiej masę .

Ponieważ

,

więc

.

 

Grawitony przenoszą z jednej cząstki elementarnej do drugiej masę i pęd .

Kulę o środku i promieniu oznaczam, jako . Między cząstką i cząstką znajdującą się w kuli nie ma oddziaływania za pośrednictwem grawitonów. Jeżeli cząstka znajduje się poza kulą , to cząstki i mogą ze sobą oddziaływać za pośrednictwem grawitonów.

W dalszym ciągu „grawiton emitowany przez cząstkę” oznacza grawiton emitowany przez cząstkę, który jest absorbowany przez inną cząstkę. Grawiton oddziałuje z cząstką, jeżeli jest przez nią absorbowany lub emitowany.

Grawiton absorbowany przez cząstkę elementarną od strony przekazuje do niej pęd o zwrocie w stronę . Również grawiton emitowany przez cząstkę w stronę przekazuje do niej pęd zwrócony w stronę .

Rys. 1.3.5.

Jeżeli ze strony cząstka elementarna absorbuje więcej grawitonów niż ze strony (wypadkowy pęd przekazany przez oddziałujące grawitony jest niezerowym wektorem zwróconym w stronę ), to na tę cząstkę działa siła zwrócona w stronę lub cząstka zyskuje dodatkowy pęd skierowany w stronę .

Rys. 1.3.6.

Jeżeli grawitony absorbowane przez cząstkę przekażą do niej wypadkowy pęd , w czasie , to cząstka zmieni swój pęd o w tym czasie lub jeżeli jest unieruchomiona, to podziała na nią siła

 

.

 

Siła przekazywana elementarnej cząstce przez grawitony, dla ustalonego obserwatora, nie zależy od jej prędkości ze względu na skokowy sposób jej poruszania.

© Copyright 2009-2017 by Ryszard Wałek